·664· 北京科技大学学报 2004年第6期 对图像按列进行扫描，检测各点的8-连通 点坐标集，这些点称为激光光带的图像稳定点. 性.如果该点无&连通点邻点存在，则将该点设 由于本文仅讨论表面缺陷问题，因此在钢板 为背景点. 边缘部分的端面上激光图像就不在讨论范围内， 32图像细化 应在运算过程中加以去除，但在实践中，现有的 细化(Thinning)是一种图像处理运算，处理过 扫描细化和形态腐蚀算法都不能够识别判断其 程是运用图像细化算法将二值图像中具有一定 处理后各质点是否均为激光光带的稳定点，因 宽度的激光线条状区域处理成一条细线，以逼近 此，在对图像进行细化处理的过程中，还需要同 该区域的中心线，也称为骨架或核线m.细化的目 时对细化的各质点进行稳定点判别，从而保证经 的在于减少图像其他成分，直到只留下线条的最 过处理后所得的单线条就是所关注的点集，结合 基本信息，以便进一步分析和识别.常用的图像 不同的二值图像细化实现方法，稳定点判断方法 细化过程是基于对图像特征区域进行腐蚀算法 可以与区间中值细化法相融合，在中值细化的过 的，本质上说就是不断考察图像区域中的各点， 程中，扫描求点的同时进行稳定点判别：若系统 按上下左右的顺序，反复“隐去”那些不需要保留 的细化方法为图像形态腐蚀方法，则可以先对二 的点，直到线形形成.具体的细化算法有多种，如 值图像进行细化，然后再进行结果的稳定点判 Hilditch算法、Naccache算法、掩膜法和内接圆法 别.同时，在稳定点检测的同时，根据激光光带的 等，经实验发现，此类方法对目标区域边缘形状 空间连通性，可以将图像的断点进行恢复，即以 比较敏感，对提取深度信息有影响.采用较典型 直线段形式连接两断点，生成稳定点缺失列上的 的Hilditch算法处理后的图像如图5所示. 稳定点位置，完成激光稳定点线条的连通 针对激光光带的条状外形，还有一种更加简 34激光线形的空间还原 单有效的细化算法，就是扫描激光图像的每一 在基于稳定点判别的激光线形提取处理后， 列，求取光带起始点和终止点的中点坐标，以表 就可将像坐标图像转换为物理空间中激光光平 征激光光带的核心线位置，实验结果表明，用此 面与钢板表面的交线实际坐标.通过系统标定求 方法处理所得到的细化图像在图像列方向上具 得从像坐标到物理空间坐标的变换矩阵，用此矩 有惟一性，避免了由图像腐蚀细化算法带来的细 阵可以求得像平面中激光线的各稳定点在空间 化线条产生毛刺的现象.经过此方法细化后的图 平面的实际坐标值， 像如图6. 33稳定点判别 4缺陷深度提取 无论选用何种激光线条的细化算法，最终是 在进行缺陷深度检测的过程中，对缺陷深度 为了求得图像中表征激光光带在所在位置的质 的描述要以其周边的非缺陷区域作为参照.由于 缺陷出现的随机性，以及在缺陷深度提取时，在 没有缺陷位置先验知识的情况下，必须根据钢板 表面的形貌假设一个理想表面作为计算缺陷深 度的参考测量平面，此外，由于系统对钢板表面 进行逐行扫描，而不同时刻钢板表面可能有跳 图5 Hilditch法细化图像 Fig.5 Image of Hilditch thinning 动，位置高度不确定，因此在进行缺陷深度计算 时，在已求得的激光空间线条基础上，求取理想 表面与激光光平面的交线，作为计算缺陷深度的 基准线 无论是通过求取纵坐标平均值的方法还是 曲线拟合法提取物体的理想表面截线，都会受到 缺陷位置图像的干扰，对于均值法来说，理想表 图6中点法细化图像 面基准线向缺陷底部方向有偏移：而对于曲线拟 Fig.6 Image of midpoint thinning 合法，单次的拟合后，在缺陷位置的拟合后曲线. ` 64 北 京 科 技 大 学 学 报 20 4 年 第 ` 期 对 图像 按 列 进 行 扫描 , 检测 各 点 的 卜连 通 性 如果 该 点 无 8一连 通 点邻 点存在 , 则 将该 点设 为 背景 点 . 1 2 图 像细 化 细化 (仆访川 n g ) 是一 种 图像 处理 运算 , 处 理过 程是 运 用 图像 细 化 算法 将 二 值 图 像 中 具有 一 定 宽度 的激光 线 条状区域 处 理成 一条 细 线 , 以逼近 该 区 域 的 中心线 , 也称 为骨 架或 核 线`7 , . 细 化 的 目 的在于 减少 图像 其他成分 , 直 到 只 留下线 条 的最 基 本信息 , 以便进 一 步 分析 和 识 别 . 常用 的 图像 细 化 过 程 是基 于对 图像特 征 区域 进 行腐 蚀 算 法 的 , 本质上 说就 是不 断 考察 图像 区域 中 的各点 , 按上 下 左右 的顺 序 , 反 复 “ 隐 去 ” 那些 不 需要 保 留 的 点 , 直到 线形 形 成 . 具体 的细化 算法 有 多种 , 如 iH l d it e h 算法 、 N ac c 朗h e 算法 、 掩膜 法和 内接 圆法 等 . 经实 验 发 现 , 此 类方法 对 目标 区域 边 缘形状 比较 敏 感 , 对 提取 深 度信 息 有 影 响 . 采 用 较 典型 的 H il id t hc 算法 处 理后 的 图像如 图 5 所 示 . 针对 激光光 带 的条状 外 形 , 还 有 一种 更 加简 单 有 效的 细 化算 法 , 就 是 扫 描 激 光 图 像 的每一 列 , 求取 光 带起 始 点 和 终止 点的 中 点坐 标 , 以表 征激 光 光 带 的核 心 线位 置 . 实 验 结 果表 明 , 用此 方 法 处 理所 得 到 的细 化 图 像 在 图 像列方 向上 具 有惟 一 性 , 避免 了 由图像腐 蚀 细化 算法 带来 的细 化线 条产 生 毛刺 的现象 . 经过 此方 法 细化 后 的 图 像 如 图 .6 1 3 稳 定 点 判别 无论 选用 何 种激 光 线 条的 细 化 算法 , 最终 是 为 了求 得 图像 中表 征激 光光 带在 所 在 位 置 的质 点坐 标 集 , 这些 点 称 为激光 光带 的图像 稳 定 点 . 由于 本文仅 讨 论表 面 缺陷 问题 , 因 此在 钢板 边缘 部分 的端面 上激 光 图像就不 在 讨论 范 围内 , 应在 运算 过程 中加 以去 除 . 但在 实践 中 , 现 有 的 扫 描 细化 和 形 态 腐 蚀 算 法都 不 能够 识 别 判 断其 处 理 后 各质 点 是否 均 为 激 光 光 带的稳 定 点 . 因 此 , 在 对 图像进行 细 化处 理 的过 程 中 , 还需 要 同 时对 细化 的各 质 点进行 稳 定 点判别 , 从 而保证 经 过 处理 后所 得 的单 线条 就 是所关注 的 点集 . 结 合 不 同 的二值 图像 细 化实 现 方法 , 稳 定 点判 断方 法 可 以与 区 间中值 细 化法 相 融合 , 在 中值 细 化 的过 程 中 , 扫 描 求 点 的 同时进 行 稳 定 点判 别 ; 若 系 统 的细化方法 为 图像形态 腐蚀方 法 , 则可 以先对 二 值 图像进 行细 化 , 然 后 再 进 行 结 果 的稳 定点 判 别 . 同时 , 在稳 定 点检 测 的 同时 , 根据 激光 光 带的 空 间连 通性 , 可 以将 图像 的断 点进 行 恢 复 , 即 以 直线 段 形 式连接 两 断 点 , 生成 稳定点缺 失列上 的 稳 定 点位 置 , 完 成 激光稳 定 点线 条 的连通 . .3 4 激光 线 形 的 空 间还原 在基 于 稳 定 点判 别 的激 光线形提 取 处 理后 , 就 可将 像 坐 标 图像 转 换 为 物理 空 间 中激 光 光 平 面 与钢 板表 面 的交 线实 际 坐标 . 通 过 系统 标定 求 得 从像 坐标 到物 理 空 间坐标 的变换 矩 阵 , 用此 矩 阵 可 以求得像平 面 中激 光 线 的各 稳 定点 在 空 间 平 面 的实际坐 标 值 . 圈 6 中点 法细 化 图像 F i g . 6 Im a ge o f m i d p o加t ht 妞。 in g 4 缺 陷深 度提 取 在 进 行缺 陷深度检测 的过 程中 , 对缺 陷深度 的描述要 以其周 边的非缺 陷区域 作为参 照 . 由于 缺 陷 出现 的随 机 性 , 以及 在缺 陷深 度提 取 时 , 在 没有 缺 陷位 置先验 知 识 的情 况下 , 必 须 根据 钢板 表 面 的形 貌假 设 一个 理 想 表 面 作 为 计算 缺 陷深 度 的 参考 测 量 平面 . 此 外 , 由于 系 统对 钢 板表 面 进行 逐 行 扫 描 , 而不 同时 刻 钢 板 表 面可 能 有 跳 动 , 位 置高 度 不确 定 . 因此 在 进 行缺 陷深度 计 算 时 , 在 已求 得 的激 光 空 间线 条基 础 上 , 求取 理 想 表 面与激 光 光平 面 的交 线 , 作为计 算缺 陷深 度 的 基准 线 . 无 论 是 通 过 求 取 纵 坐 标 平 均 值 的 方 法 还 是 曲线拟合 法 提取 物体 的理想 表面 截线 , 都会 受 到 缺 陷位 置 图像 的干扰 . 对 于 均值 法 来说 , 理 想表 面基 准线 向缺 陷底部 方 向有 偏移 ; 而对 于 曲线拟 合 法 , 单 次 的拟 合 后 , 在缺陷位 置 的拟 合 后 曲线